2024-10-03 15:09阅读: 23评论: 0推荐: 0

第10章输入捕获实验

第十章输入捕获实验

1. 硬件设计

本实验用到的硬件资源有：

指示灯DS0
KEY_UP按键
串口
定时器TIM14
定时器TIM5

前面 4 个，在之前的章节均有介绍。本节，我们将捕获 TIM5_CH1（ PA0）上的高电平脉宽，通过 KEY_UP 按键输入高电平，并从串口打印高电平脉宽。同时我们保留上节的 PWM 输出，大家也可以通过用杜邦线连接 PF9 和 PA0，来测量 PWM 输出的高电平脉宽。

2. 软件设计

2.1 编程大纲

定时器14（TIM14)初始化，输出PWM
设置占空比函数
定时器5（TIM5）初始化，配置上升沿捕获
设置TIM捕获值函数
定时器溢出中断捕获函数
定时器输入捕获中断函数
主函数测试，打印高电平时间

2.2 代码分析

2.2.1 TIM14初始化

// TIM14 PWM初始化
void TIM14_PWM_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM14_Handle.Instance = TIM14;
    TIM14_Handle.Init.Prescaler = psc;
    TIM14_Handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    TIM14_Handle.Init.Period = arr;
    TIM14_Handle.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&TIM14_Handle);
    TIM14_CH1Handle.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    TIM14_CH1Handle.Pulse = arr/2;
    TIM14_CH1Handle.OCPolarity = TIM_OCNPOLARITY_LOW;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&TIM14_Handle, &TIM14_CH1Handle, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&TIM14_Handle, TIM_CHANNEL_1);
}

// 定时器14底层驱动
void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    __HAL_RCC_TIM14_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF9_TIM14; // PF9复用为TIM14_CH1
    HAL_GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStruct);
}

2.2.2 设置TIM14_CH1占空比

// 设置TIM14通道的占空比
void TIM_SetTIM14Compare1(uint16_t compare)
{
    TIM14->CCR1 = compare;
}

2.2.3 TIM5_CH1输入捕获初始化

// 定时器5的输入捕获初始化
void TIM5_CH1_Cap_Init(uint32_t arr, uint16_t psc)
{
    TIM_IC_InitTypeDef TIM_ICInitStructure;
    TIM5_Handle.Instance = TIM5;
    TIM5_Handle.Init.Prescaler = psc;
    TIM5_Handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    TIM5_Handle.Init.Period = arr;
    TIM5_Handle.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_IC_Init(&TIM5_Handle);
    // 上升沿捕获
    TIM_ICInitStructure.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING;
    TIM_ICInitStructure.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; // 映射到输入捕获通道
    TIM_ICInitStructure.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; // 不分频
    TIM_ICInitStructure.ICFilter = 0; // 不滤波
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&TIM5_Handle, &TIM_ICInitStructure, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1); // 开启输入捕获中断
    __HAL_TIM_ENABLE_IT(&TIM5_Handle, TIM_IT_UPDATE); // 开启更新中断
}

// 定时器5底层驱动
void HAL_TIM_IC_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    __HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF2_TIM5; // PA0复用为TIM5_CH1
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn, 2, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);
}

2.2.4 设置TIM捕获值

// 定时器5中断服务函数
void TIM5_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&TIM5_Handle);
}

// 设置TIM捕获/比较寄存器值
uint32_t TIM_GetTIM14Capture1(void)
{
    return HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM14_Handle, TIM_CHANNEL_1); // 获取捕获值
}

2.2.5 TIM计时溢出中断处理函数

// 定时器更新中断（计数溢出）中断处理回调函数
// 此函会被HAL_TIM_IRQHandler调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) // 计时器溢出中断
{
    if((TIM5CH1_CapTure_STA & 0x80) == 0) // 还未成功捕获
    {
        if(TIM5CH1_CapTure_STA & 0x40) // 已经捕获到高电平
        {
            if((TIM5CH1_CapTure_STA & 0x3F) == 0x3F) // 高电平太长了
            {
                TIM5CH1_CapTure_STA |= 0x80; // 成功捕获标志
                TIM5CH1_CapTure_VAL = 0xFFFFFFFF; // 捕获值设为最大 
            }
        }
        else // 捕获到一次低电平
        {
            TIM5CH1_CapTure_STA++;
        }

    }
}

这段代码初次见面可能有点难以理解，下面我们分步骤解释一下：

函数概述

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)

这是一个由HAL库定义的回调函数，当定时器的计数周期到达设定值（溢出）时自动调用。
TIM_HandleTypeDef *htim是指向定时器句柄的指针，用于识别哪个定时器产生了中断。

变量解释

TIM5CH1_CAPTURE_STA: 这是一个状态变量，通常用来保存捕获的状态信息。
TIM5CH1_CAPTURE_VAL: 存储捕获的值。

代码逻辑

检查捕获状态：

if((TIM5CH1_CAPTURE_STA & 0x80) == 0) // 还未成功捕获

检查状态标志位的第8位（0x80），如果为0，表示还没有成功捕获高电平。

判断是否已经捕获到高电平：

if(TIM5CH1_CAPTURE_STA & 0x40) // 已经捕获到高电平了

检查状态标志位的第7位（0x40），如果为1，表示之前已经捕获到了高电平。

捕获高电平时间过长：

if((TIM5CH1_CAPTURE_STA & 0x3F) == 0x3F) // 高电平太长了

检查状态变量的低6位（0x3F），如果等于63，表示高电平持续时间过长。
此时，将第8位标记为1，表示成功捕获了一次，并将捕获值设置为最大值（0xFFFFFFFF），为了表示超时。

捕获到一次低电平：

else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;

如果没有达到超时，表示捕获到了一次低电平，状态计数器加1。

2.2.6 输入捕获中断处理函数

// 定时器输入捕获中断处理回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) // 输入捕获中断
{
    if((TIM5CH1_CapTure_STA & 0x80) == 0) // 还未成功捕获
    {
        if(TIM5CH1_CapTure_STA & 0x40) // 捕捉到一个下降沿
        {
            TIM5CH1_CapTure_STA |= 0x80; // 成功捕获标志
            TIM5CH1_CapTure_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1); // 获取当前捕获值
            TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1); // 复位捕获极性
            TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING); // 切换到捕捉上升沿
        }
        else // 捕捉到一个上升沿
        {
            TIM5CH1_CapTure_STA = 0; // 复位状态
            TIM5CH1_CapTure_VAL = 0; // 捕获值清零
            TIM5CH1_CapTure_STA |= 0x40; // 捕获到上升沿标志
            __HAL_TIM_DISABLE(&TIM5_Handle); // 关闭定时器
            __HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM5_Handle, 0); // 复位计数器
            TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1); // 复位捕获极性
            TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handle, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_FALLING); // 切换到捕捉下降沿
            __HAL_TIM_ENABLE(&TIM5_Handle); // 开启定时器
        }
    }
}

同样，这个函数也值得我们分析一下：

函数定义

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) // 捕获中断发生时执行

这是一个回调函数，当定时器捕获中断发生时被调用，参数 htim 是指向定时器句柄的指针，用于识别哪个定时器触发了中断。

捕获状态检查

if((TIM5CH1_CAPTURE_STA & 0X80) == 0) // 还未成功捕获

检查 TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 7 位（0x80）是否为 0，表示还没有成功捕获到高电平脉宽。

捕获到下降沿的处理

if(TIM5CH1_CAPTURE_STA & 0X40) // 捕获到一个下降沿         
{
    TIM5CH1_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记成功捕获到一次高电平脉宽
    TIM5CH1_CAPTURE_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1); // 获取当前的捕获值.
    TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1); // 一定要先清除原来的设置！！
    TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING); // 配置TIM5通道1上升沿捕获
}

如果已经捕获到下降沿（TIM5CH1_CAPTURE_STA 的第 6 位为 1），则：
- 将状态标志 0x80 设为 1，标记为成功捕获高电平脉宽。
- 使用 HAL_TIM_ReadCapturedValue 获取当前捕获的计数值，并存储在 TIM5CH1_CAPTURE_VAL 中。
- 清除之前的捕获极性设置。
- 将捕获极性设置为上升沿，准备下次捕获。

第一次捕获上升沿的处理

else // 还未开始,第一次捕获上升沿
{
    TIM5CH1_CAPTURE_STA = 0;           // 清空
    TIM5CH1_CAPTURE_VAL = 0;
    TIM5CH1_CAPTURE_STA |= 0X40;       // 标记捕获到了上升沿
    __HAL_TIM_DISABLE(&TIM5_Handler);  // 关闭定时器5
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM5_Handler, 0); // 清空计数器
    TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1);  // 一定要先清除原来的设置！！
    TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_FALLING); // 定时器5通道1设置为下降沿捕获
    __HAL_TIM_ENABLE(&TIM5_Handler); // 使能定时器5
}

如果还没有捕获到任何边沿：
- 清空捕获状态和捕获值。
- 标记为已捕获到上升沿（设置 0x40）。
- 关闭 TIM5 定时器，重置计数器为 0。
- 清除之前的捕获极性设置。
- 将捕获极性设置为下降沿，以便在下次捕获时能够检测到下降沿。
- 重新使能 TIM5 定时器。

2.2.7 主函数

int main(void)
{
	long temp = 0;
	HAL_Init();
	Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);
	delay_init(168);
	uart_init(115200);
	LED_Init();
	KEY_Init();
	TIM14_PWM_Init(500-1,84-1);
	TIM5_CH1_Cap_Init(0XFFFFFFFF,84-1); //以1MHZ的频率计数
	while(1)
	{
		delay_ms(10);
		TIM_SetTIM14Compare1(TIM_GetTIM14Capture1()+1);
		if(TIM_GetTIM14Capture1() == 300)
		{
			TIM_SetTIM14Compare1(0); // 如果计数值达到300，关闭PWM输出
		}
		if(TIM5CH1_CapTure_STA & 0x80) // 捕获到高电平
		{
			temp = TIM5CH1_CapTure_STA & 0x3F;
			temp *= 0xFFFFFFFF; // 溢出时间总和
			temp += TIM5CH1_CapTure_VAL; // 得到总高电平时间
			printf("High time: %ld us\r\n", temp);
			TIM5CH1_CapTure_STA = 0; // 清除标志位，准备下次捕获
		}
	}
}

此程序的核心功能是通过定时器 5 的输入捕获功能测量输入信号的高电平持续时间。每次捕获到高电平时，程序会计算并输出该高电平的时间。程序同时使用 PWM 产生信号，并控制占空比。

定时器 5 用于捕获外部输入信号的高电平时间。
定时器 14 用于产生 PWM 信号。
通过串口输出捕获的高电平时间。

3. 小结

如果整个看完依旧很迷的话，看下面这个图就很容易理解了

屏幕截图 2024 10 03 144616

首先我们是捕获的上升沿，对应图的0~t1，对应的代码：

else //还未开始,第一次捕获上升沿
{    
    TIM5CH1_CAPTURE_STA = 0; // 清空
    TIM5CH1_CAPTURE_VAL = 0;
    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;// 标记捕获到了上升沿
    __HAL_TIM_DISABLE(&TIM5_Handler); // 关闭定时器 5
    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&TIM5_Handler,0);
    TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler, TIM_CHANNEL_1); //一定要先清除原来的设置！！
    TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);
    //定时器 5 通道 1 设置为下降沿捕获
    __HAL_TIM_ENABLE(&TIM5_Handler); // 使能定时器 5
}

代码中，我们给了一个标志位说明已经捕获到上升沿，可以进入下一个阶段了，并且初始化定时器，定时器之前我们已经配置好了，为向上计数，向上计数可能到导致问题，那么就是可能产生溢出，那么对应的我们也有定时器计数溢出函数进行处理：

//更新中断（溢出）发生时执行
{    
    if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
    {
        if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
        {
            if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
            {
                TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获了一次
                TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF;
            }
            else 
                TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
        }
    } 
}

屏幕截图 2024 10 03 145521

上升沿和溢出处理我们都已经解决了，下面还有一个下降沿，也就是t1~t2，我们计算高电平的时间就是利用这段时间来处理的：

if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{    
    TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80; // 标记成功捕获到一次高电平脉宽
    TIM5CH1_CAPTURE_VAL=HAL_TIM_ReadCapturedValue(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1);//获取当前的捕获值.
    TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1); //一定要先清除原来的设置！！
    TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&TIM5_Handler,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_RISING);//配置 TIM5 通道 1 上升沿捕获

当我们捕获到一个下降沿后，获取当前的捕获值，然后再初始化定时器为向上计数并且上升沿捕获，开启下一轮。

如果还是不理解的，可以看看下面的简化版本：

#include "stm32f4xx_hal.h"  // 根据你的具体MCU修改此头文件

TIM_HandleTypeDef htim2; // 定义定时器句柄

// 状态变量
volatile uint32_t captureStart = 0; // 存储捕获开始时间
volatile uint32_t captureEnd = 0;   // 存储捕获结束时间
volatile uint8_t capturing = 0;     // 捕获状态标志
volatile uint32_t overflowCount = 0;// 溢出计数

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

int main(void) {
    HAL_Init();          // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();// 配置系统时钟
    MX_GPIO_Init();      // 初始化GPIO（如果需要）
    MX_TIM2_Init();      // 初始化定时器

    // 启动定时器的输入捕获中断
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    // 启动定时器的溢出中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
    while (1) {
        // 主循环可以放其他代码
    }
}

// 输入捕获回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) 
{
    if (htim->Instance == TIM2) { // 确保是TIM2的中断
        if (!capturing) {         // 如果当前不在捕获状态
            // 捕获开始
            captureStart = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); // 读取开始时间
            capturing = 1;         // 标记为正在捕获
        } else {                   // 如果已经在捕获状态
            // 捕获结束
            captureEnd = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1);   // 读取结束时间
            capturing = 0;         // 恢复状态
            // 计算高电平时间（单位为计数）
            uint32_t highTime;
            if (captureEnd >= captureStart) {
                highTime = captureEnd - captureStart + (overflowCount * (htim2.Init.Period + 1));
            } else {
                highTime = (htim2.Init.Period + 1 - captureStart) + captureEnd + (overflowCount * (htim2.Init.Period + 1));
            }
            // 此处可以根据需要对计算的高电平时间进行处理
            // 例如：存储、显示等
        }
    }
}

// 定时器溢出回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    if (htim->Instance == TIM2) { // 确保是TIM2的溢出中断
        overflowCount++;           // 溢出计数加1
    }
}

// 初始化定时器
static void MX_TIM2_Init(void) {
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE(); // 使能TIM2时钟

    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC = {0}; // 输入捕获配置结构体

    htim2.Instance = TIM2; // 选择TIM2
    htim2.Init.Prescaler = 83; // 将定时器时钟设置为1us（84MHz / 84 = 1MHz）
    htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数模式
    htim2.Init.Period = 0xFFFF; // 最大计数值
    htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; // 时钟分频
    HAL_TIM_Base_Init(&htim2); // 初始化定时器基础功能

    // 配置输入捕获信道
    sConfigIC.ICPolarity = TIM_ICPOLARITY_RISING; // 捕获上升沿
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI; // 直接连接输入
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; // 不分频
    sConfigIC.ICFilter = 0; // 无滤波
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); // 配置TIM2通道1
}

// 其他必要的初始化函数，如SystemClock_Config和MX_GPIO_Init

状态变量：

volatile uint32_t overflowCount：用于记录定时器溢出的次数。

输入捕获回调 (HAL_TIM_IC_CaptureCallback)：

在捕获到上升沿时，记录 captureStart。
在捕获到下降沿时，记录 captureEnd，并根据当前溢出的次数计算高电平持续时间。
使用条件判断处理可能的计数器溢出情况。

定时器溢出回调 (HAL_TIM_PeriodElapsedCallback)：

每当定时器溢出时，该函数会被调用，增加溢出计数器。

定时器初始化 (MX_TIM2_Init)：

配置定时器为上升沿捕获模式，并设置相关参数。

2024.10.3 第一次修订，后期不再维护

2025.1.16 优化内容和程序

上一篇ESP32学习跳转

下一篇MSPM0G3507学习跳转

本文作者：hazy1k

本文链接：https://www.cnblogs.com/hazy1k/p/18445692

posted @ 2024-10-03 15:09 hazy1k 阅读(23) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部

登录后才能查看或发表评论，立即登录或者逛逛博客园首页

hazy1k

第10章输入捕获实验

第十章输入捕获实验

1. 硬件设计

2. 软件设计

2.1 编程大纲

2.2 代码分析

2.2.1 TIM14初始化

2.2.2 设置TIM14_CH1占空比

2.2.3 TIM5_CH1输入捕获初始化

2.2.4 设置TIM捕获值

2.2.5 TIM计时溢出中断处理函数

函数概述

变量解释

代码逻辑

2.2.6 输入捕获中断处理函数

函数定义

捕获状态检查

捕获到下降沿的处理

第一次捕获上升沿的处理

2.2.7 主函数

3. 小结

公告

常用链接

最新随笔

我的标签

随笔分类

随笔档案

阅读排行榜

评论排行榜

推荐排行榜

最新评论

第十章 输入捕获实验

1. 硬件设计

2. 软件设计

2.1 编程大纲

2.2 代码分析

2.2.1 TIM14初始化

2.2.2 设置TIM14_CH1占空比

2.2.3 TIM5_CH1输入捕获初始化

2.2.4 设置TIM捕获值

2.2.5 TIM计时溢出中断处理函数

函数概述

变量解释

代码逻辑

2.2.6 输入捕获中断处理函数

函数定义

捕获状态检查

捕获到下降沿的处理

第一次捕获上升沿的处理

2.2.7 主函数

3. 小结

公告

常用链接

最新随笔

随笔档案

第十章输入捕获实验